CN109668357A - 一种热泵机组控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热泵机组控制方法，该方法所采用的热泵机组为压缩机增焓的双膨胀阀控制，包括主换热回路和辅补气回路，所述主换热回路和辅补气回路通过第一换热器换热，包括以下步骤：计算压缩机的吸气过热度偏差变化率，根据吸气过热度偏差变化率调节所述主节流装置的开度；计算所述第一换热器的实际目标过热度，根据第一换热器的实际目标过热度调节所述辅节流装置的开度。本发明的热泵机组控制方法，通过调节主换热回路上主节流装置和辅补气回路上辅节流装置的开度，进而调节分别进入换热回路中和补气回路中的冷媒量，使得机组在低环境温度下能够提高机组的压机吸气温度，保证了机组在低环境温度下有较强的换热，从而提高了机组的制热量。

Description

一种热泵机组控制方法
技术领域
本发明涉及一种热泵技术领域，具体地说，是涉及一种热泵机组控制方法。
背景技术
目前我国热泵热水器市场上普遍销售的主要是空气源热泵热水器和水源热泵热水器两种。常规气候下，环境温度远高于水温，产生同样温度热水所消耗的功率要比水源热泵热水器要低的多。而在我国北方地区，冬天寒冷季节环境温度均在-15℃左右，而水温普遍保持在10℃以上，且北方冬季一般持续4个月之久，产生同样温度热水所消耗的功率要比水源热泵热水器要高的多。虽然在春、夏、秋三个季节，空气源热泵热水器在北方仍然能满足使用要求，但是在寒冷的冬季，却因为消耗功率过高，让人望而生畏，也就是说空气源热泵热水器在北方不能满足全年的使用要求，在使用和节能方面受到极大的限制，更使空气源热泵热水器在北方的推广面临严峻考验。目前的热泵机组控制方法根据所检测到的吸气温度、排气温度或者水温进行膨胀阀开度控制，但是对于低温环境下，对机组的过热度控制范围有限，不能够满足大面积的热泵机组的应用，热水制热能力较差。
基于此，如何发明一种热泵机组控制方法，在低环境温度下能够提高机组的吸气温度，保证了机组在低环境温度下有较强的换热，从而提高了机组的制热量。
发明内容
本发明为了解决现有空气源热泵热水器低环温下热水制热能力低的技术问题，提出了一种热泵机组控制方法，可以解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种热泵机组控制方法，该方法所采用的热泵机组为压缩机增焓的双膨胀阀控制，包括主换热回路和辅补气回路，所述主换热回路和辅补气回路通过第一换热器换热，所述主换热回路上设置有主节流装置，所述辅补气回路上设置有辅节流装置，包括以下步骤：
计算压缩机的吸气过热度偏差变化率，根据吸气过热度偏差变化率调节所述主节流装置的开度；
计算所述第一换热器的实际目标过热度，根据第一换热器的实际目标过热度调节所述辅节流装置的开度。
进一步的，压缩机的吸气过热度偏差变化率的计算方法为：
（11）、计算吸气过热度SH;
（12）、计算吸气过热度目标值SHT；
（13）、对吸气过热度目标值SHT做修正，修正后的吸气过热度目标值SHT1=吸气过热度目标值SHT+修正值；
（14）、周期性计算吸气过热度偏差：当前吸气过热度SH与修正后的吸气过热度目标值SHT1的差值;
（15）、计算相邻两周期的吸气过热度偏差变化率;
根据吸气过热度偏差变化率调节所述主节流装置的开度的方法为：查表获取吸气过热度偏差变化率所对应的节流装置调节步数，并用于控制调节所述主节流装置的开度。
进一步的，步骤（11）中，吸气过热度SH的计算方法为：
分别检测冷媒气管温度Tg、冷媒液管温度T1以及吸气温度Ts，获取化霜温度Tc；
制冷时，SH=Tg-T1；
制热时，SH=Ts-Tc。
进一步的，步骤（12）中，吸气过热度目标值SHT计算方法为：
制冷时：SHT =t1，其中，0＜t1＜1.5℃；
制热时：检测环境温度Ta，
若Ta≥5℃，SHT = t2，其中，2.5℃≤t2＜3.5℃；
若-5℃＜Ta＜5℃，SHT = t3，其中，1.5℃≤t3＜2.5℃；
若Ta≤-5℃，SHT = t4，其中，0＜t4＜1.5℃。
进一步的，步骤（13）中，对吸气过热度目标值SHT做修正的方法为：
获取排气保护温度TDP，检测实际排气温度TD，
若TD≥(TDP-30℃），则判断当前辅节流阀是否开启，若辅节流阀未开启，则修正值小于0，对吸气过热度目标值SHT做负数修正；
若TD＜(TDP-30℃），则修正值大于或等于0，对吸气过热度目标值SHT做正数修正或者不修正。
进一步的，
对吸气过热度目标值SHT做负数修正时，
若(TDP-10℃）≤TD，修正值为 -3.0℃；
若(TDP-15℃）≤TD<（TDP-10℃），修正值为 -2.5℃；
若(TDP-20℃）≤TD<（TDP-15℃），修正值为 -2.0℃；
若(TDP-25℃）≤TD<（TDP-20℃），修正值为 -1.0℃；
若(TDP-30℃）≤TD<（TDP-25℃），修正值为 -0.5℃。
进一步的，
当TD＜(TDP-30℃）时，修正方式为：
若(TDP-40℃）≤TD<（TDP-30℃），修正值为0.0℃；
若(TDP-45℃）≤TD<（TDP-40℃），修正值为 0.5℃；
若(TDP-50℃）≤TD<（TDP-45℃），修正值为1.0℃；
(TDP-55℃）≤TD<（TDP-50℃），修正值为 1.5℃；
若(TDP-60℃）≤TD<（TDP-55℃），修正值为2.0℃；
若(TDP-65℃）≤TD<（TDP-60℃），修正值为 2.5℃；
若TD<（TDP-65℃），修正值为 3.0℃。
进一步的，调节所述辅节流装置的开度的方法为：
检测实际排气温度TD，分别检测第一换热器出口温度、第一换热器进口温度；
若：60℃≤TD≤102℃，则：
计算第一换热器的实际目标过热度DTCn，其中，DTCn为第一换热器出口温度与第一换热器进口温度的差值；
获取设定目标过热度DTS，其中，DTS为常量；
当DTCn>5.5时，EXVn =EXVn-1+（DTCn-5）；
当DTCn＜3时，EXVn =EXVn-1 -（5-DTCn）；
当3≤DTCn≤5.5时，EXVn =EXVn-1；
其中，EXVn为辅节流装置上一次的开度，EXVn-1为辅节流装置的目标开度。
进一步的，所述第一换热器为经济器。
进一步的，所述主节流装置和辅节流装置分别为电子膨胀阀。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的热泵机组控制方法，通过调节主换热回路上主节流装置和辅补气回路上辅节流装置的开度，进而调节分别进入换热回路中和补气回路中的冷媒量，使得机组在低环境温度下能够提高机组的压机吸气温度，保证了机组在低环境温度下有较强的换热，从而提高了机组的制热量。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所提出的热泵机组控制方法所对应热泵机组的系统图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，本实施例提出了一种热泵机组控制方法，如图1所示，该方法所采用的热泵机组的系统原理图，采用压缩机增焓的双膨胀阀控制，包括主换热回路和辅补气回路，主换热回路和辅补气回路通过第一换热器换热，主换热回路上连接有第一换热器、主节流装置EVX1、系统换热器，冷媒经系统换热回路时用于吸收环境中的热量，辅补气回路连接有辅节流装置EVX2、第一换热器以及压机的补气口，制热时，用于将储液器出来的液态制冷剂转换为气态后，为压机进行补气，主换热回路上设置有主节流装置EVX1，用于控制进入系统换热器的冷媒量，辅补气回路上设置有辅节流装置EVX2，用于将高压的液态冷媒进行节流降压后变为汽液混合物进入第一换热器中，同时用于控制为压机的补气量，主换热回路和辅补气回路中的冷媒在第一换热器中进行热交换，辅补气回路中的冷媒液体吸热后变为气体，并进入压缩机的补气口，主换热回路中的冷媒液体放热后变为过冷液体经主节流阀节流降压后进入系统换热器，在系统换热器中，主换热回路中的冷媒吸收低温环境中的热量，本实施例的热泵机组控制方法目的在于解决低环温下热水制热能力低的技术问题，包括以下步骤：
计算压缩机的吸气过热度偏差变化率，根据吸气过热度偏差变化率调节所述主节流装置的开度；
计算所述第一换热器的实际目标过热度，根据第一换热器的实际目标过热度调节所述辅节流装置的开度。
本实施例的热泵机组控制方法，通过调节主换热回路上主节流装置和辅补气回路上辅节流装置的开度，进而调节分别进入换热回路中和补气回路中的冷媒量，使得机组在低环境温度下能够提高机组的压机吸气温度，保证了机组在低环境温度下有较强的换热，从而提高了机组的制热量。
对于空气能热泵来说，其主要吸收环境中的热量对水进行加热，而在低环温下，由于环温较低，冷媒能够从空气中吸收的热量减少，导致热水制热能力降低，本发明一方面控制主换热回路中的冷媒量，另外一方面控制辅补气回路中的冷媒量，以确保提高压机的吸气温度，进而提高压机的排气温度，由于压机排出的气体用于换热对水进行加热，因此热水制热能力相应提高。压缩机的吸气过热度直接受蒸发器排出冷媒的压力和温度影响，
在本实施例中，压缩机的吸气过热度偏差变化率的计算方法为：
S11、计算吸气过热度SH;
S12、计算吸气过热度目标值SHT；
S13、对吸气过热度目标值SHT做修正，修正后的吸气过热度目标值SHT1=吸气过热度目标值SHT+修正值；
S14、周期性计算吸气过热度偏差：当前吸气过热度SH与修正后的吸气过热度目标值SHT1的差值;
S15、计算相邻两周期的吸气过热度偏差变化率;
在获取吸气过热度偏差变化率之后，利用吸气过热度偏差变化率调节主节流装置的开度，根据吸气过热度偏差变化率调节所述主节流装置的开度的方法为：查表获取吸气过热度偏差变化率所对应的节流装置调节步数，并用于控制调节所述主节流装置的开度。
其中，查找表中记录有实现在实验室中获取的吸气过热度偏差变化率与节流装置调节步数的对应关系，在当吸气过热度偏差发生变化时，
步骤S11中，吸气过热度SH的计算方法为：
分别检测冷媒气管温度Tg、冷媒液管温度T1以及吸气温度Ts，获取化霜温度Tc；
制冷时，SH=Tg-T1；
制热时，SH=Ts-Tc。
步骤S12中，吸气过热度目标值SHT计算方法为：
制冷时：SHT =t1，其中，0＜t1＜1.5℃；
制热时：检测环境温度Ta，
若Ta≥5℃，SHT = t2，其中，2.5℃≤t2＜3.5℃；
若-5℃＜Ta＜5℃，SHT = t3，其中，1.5℃≤t3＜2.5℃；
若Ta≤-5℃，SHT = t4，其中，0＜t4＜1.5℃。
步骤S13中，对吸气过热度目标值SHT做修正的方法为：
获取排气保护温度TDP，检测实际排气温度TD，
若TD≥(TDP-30℃），则判断当前辅节流阀是否开启，若辅节流阀未开启，则修正值小于0，对吸气过热度目标值SHT做负数修正；
若TD＜(TDP-30℃），则修正值大于或等于0，对吸气过热度目标值SHT做正数修正或者不修正。
对吸气过热度目标值SHT做负数修正时，
若(TDP-10℃）≤TD，修正值为 -3.0℃；
若(TDP-15℃）≤TD<（TDP-10℃），修正值为 -2.5℃；
若(TDP-20℃）≤TD<（TDP-15℃），修正值为 -2.0℃；
若(TDP-25℃）≤TD<（TDP-20℃），修正值为 -1.0℃；
若(TDP-30℃）≤TD<（TDP-25℃），修正值为 -0.5℃。
当TD＜(TDP-30℃）时，修正方式为：
若(TDP-40℃）≤TD<（TDP-30℃），修正值为0.0℃；
若(TDP-45℃）≤TD<（TDP-40℃），修正值为 0.5℃；
若(TDP-50℃）≤TD<（TDP-45℃），修正值为1.0℃；
(TDP-55℃）≤TD<（TDP-50℃），修正值为 1.5℃；
若(TDP-60℃）≤TD<（TDP-55℃），修正值为2.0℃；
若(TDP-65℃）≤TD<（TDP-60℃），修正值为 2.5℃；
若TD<（TDP-65℃），修正值为 3.0℃。
调节所述辅节流装置的开度的方法为：
检测实际排气温度TD，分别检测第一换热器出口温度、第一换热器进口温度；
若：60℃≤TD≤102℃，则：
计算第一换热器的实际目标过热度DTCn，其中，DTCn为第一换热器出口温度与第一换热器进口温度的差值；
获取设定目标过热度DTS，其中，DTS为常量；
当DTCn>5.5时，EXVn =EXVn-1+（DTCn-5）；
当DTCn＜3时，EXVn =EXVn-1 -（5-DTCn）；
当3≤DTCn≤5.5时，EXVn =EXVn-1；
其中，EXVn为辅节流装置上一次的开度，EXVn-1为辅节流装置的目标开度。
优选第一换热器采用经济器实现，主节流装置EVX1和辅节流装置EVX2分别采用电子膨胀阀实现。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热泵机组控制方法，其特征在于，该方法所采用的热泵机组为压缩机增焓的双膨胀阀控制，包括主换热回路和辅补气回路，所述主换热回路和辅补气回路通过第一换热器换热，所述主换热回路上设置有主节流装置，所述辅补气回路上设置有辅节流装置，包括以下步骤：
计算压缩机的吸气过热度偏差变化率，根据吸气过热度偏差变化率调节所述主节流装置的开度；
计算所述第一换热器的实际目标过热度，根据第一换热器的实际目标过热度调节所述辅节流装置的开度。
2.根据权利要求1所述的热泵机组控制方法，其特征在于，压缩机的吸气过热度偏差变化率的计算方法为：
（11）、计算吸气过热度SH;
（12）、计算吸气过热度目标值SHT；
（13）、对吸气过热度目标值SHT做修正，修正后的吸气过热度目标值SHT1=吸气过热度目标值SHT+修正值；
（14）、周期性计算吸气过热度偏差：当前吸气过热度SH与修正后的吸气过热度目标值SHT1的差值;
（15）、计算相邻两周期的吸气过热度偏差变化率;
根据吸气过热度偏差变化率调节所述主节流装置的开度的方法为：查表获取吸气过热度偏差变化率所对应的节流装置调节步数，并用于控制调节所述主节流装置的开度。
3.根据权利要求2所述的热泵机组控制方法，其特征在于，步骤（11）中，吸气过热度SH的计算方法为：
分别检测冷媒气管温度Tg、冷媒液管温度T1以及吸气温度Ts，获取化霜温度Tc；
制冷时，SH=Tg-T1；
制热时，SH=Ts-Tc。
4.根据权利要求2所述的热泵机组控制方法，其特征在于，步骤（12）中，吸气过热度目标值SHT计算方法为：
制冷时：SHT =t1，其中，0＜t1＜1.5℃；
制热时：检测环境温度Ta，
若Ta≥5℃，SHT = t2，其中，2.5℃≤t2＜3.5℃；
若-5℃＜Ta＜5℃，SHT = t3，其中，1.5℃≤t3＜2.5℃；
若Ta≤-5℃，SHT = t4，其中，0＜t4＜1.5℃。
5.根据权利要求2所述的热泵机组控制方法，其特征在于，步骤（13）中，对吸气过热度目标值SHT做修正的方法为：
获取排气保护温度TDP，检测实际排气温度TD，
若TD≥(TDP-30℃），则判断当前辅节流阀是否开启，若辅节流阀未开启，则修正值小于0，对吸气过热度目标值SHT做负数修正；
若TD＜(TDP-30℃），则修正值大于或等于0，对吸气过热度目标值SHT做正数修正或者不修正。
6.根据权利要求5所述的热泵机组控制方法，其特征在于，
对吸气过热度目标值SHT做负数修正时，
若(TDP-10℃）≤TD，修正值为 -3.0℃；
若(TDP-15℃）≤TD<（TDP-10℃），修正值为 -2.5℃；
若(TDP-20℃）≤TD<（TDP-15℃），修正值为 -2.0℃；
若(TDP-25℃）≤TD<（TDP-20℃），修正值为 -1.0℃；
若(TDP-30℃）≤TD<（TDP-25℃），修正值为 -0.5℃。
7.根据权利要求5所述的热泵机组控制方法，其特征在于，
当TD＜(TDP-30℃）时，修正方式为：
若(TDP-40℃）≤TD<（TDP-30℃），修正值为0.0℃；
若(TDP-45℃）≤TD<（TDP-40℃），修正值为 0.5℃；
若(TDP-50℃）≤TD<（TDP-45℃），修正值为1.0℃；
(TDP-55℃）≤TD<（TDP-50℃），修正值为 1.5℃；
若(TDP-60℃）≤TD<（TDP-55℃），修正值为2.0℃；
若(TDP-65℃）≤TD<（TDP-60℃），修正值为 2.5℃；
若TD<（TDP-65℃），修正值为 3.0℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述的热泵机组控制方法，其特征在于，调节所述辅节流装置的开度的方法为：
检测实际排气温度TD，分别检测第一换热器出口温度、第一换热器进口温度；
若：60℃≤TD≤102℃，则：
计算第一换热器的实际目标过热度DTCn，其中，DTCn为第一换热器出口温度与第一换热器进口温度的差值；
获取设定目标过热度DTS，其中，DTS为常量；
当DTCn>5.5时，EXVn =EXVn-1+（DTCn-5）；
当DTCn＜3时，EXVn =EXVn-1 -（5-DTCn）；
当3≤DTCn≤5.5时，EXVn =EXVn-1；
其中，EXVn为辅节流装置上一次的开度，EXVn-1为辅节流装置的目标开度。
9.根据权利要求1-7任一项所述的热泵机组控制方法，其特征在于，所述第一换热器为经济器。
10.根据权利要求1-7任一项所述的热泵机组控制方法，其特征在于，所述主节流装置和辅节流装置分别为电子膨胀阀。
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